(C) TB

Czyli jak zaobserwować ruch, którego okres wynosi 26 tysięcy lat!

---------------------------------------------------------------------------------------------

Motywacja

W maju 2023 roku nastawiłem teleskop na Gwiazdę Polarną, w okolicach której istnieje punkt będący projekcją osi obrotu Ziemi. Moją główną motywacją nie była jego obserwacja, chciałem sprawdzić czy można wykonać stack'ing obrazów tym sprzętem bez włączania trackingu w teleskopie. Powinno było się to udać, gdyż wykonuję ekspozycje relatywnie krótkie rzędu 30-60 sekund, a w okolicach punktu obrotu Ziemi teleskop na montażu Az/Alt i tak nie śledzi obiektu - gdyż ten obiekt nie porusza się, a co najwyżej obraca.

Wykonałem więc ponad 2 godzinną obserwację (po 30 s na zdjęcie), dokonałem stacking'u i poza gwiazdami, ukazał mi się... punkt obrotu Ziemi! (patrz baner tego artykułu).

Jak to możliwe?

Jest to skutek tzw. efektu walking noise. Jest to znany niepożądany efekt wśród astrofotografów, związany z matrycą światłoczułą (CCD, CMOS), której odpowiedź na równomierne światło nie jest idealnie równomierna. Innymi słowy, piksele matrycy dają różne natężenie światła, pomimo równomiernego naświetlenia. powstają swego rodzaju plamki, które są jakby na stałe przyczepione do danej lokalizacji matrycy. 

Rys. 1. Wyjaśnienie powstawania efektu walking noise.

Rys.1 ilustruje graficzne wyjaśnienie efektu walking noise. Panel a) reprezentuje pojedyncze zdęcie z symulowaną nierównomierną odpowiedzią matrycy światłoczułej. Na panelu b) widać symulację złożenia kilkunastu takich obrazków z jednorodnym przesunięciem - powstają charakterystyczne smugi kroczącego szumu. Taki szum można zaobserwować w sytuacji śledzenia obiektu znacznie oddalonego od punktu osi obrotu Ziemi, wówczas trajektoria śledzenia obiektu często bywa wycinkiem dużego okręgu, a więc z pewnym przybliżeniem odbywa się po po linii prostej. Taki szum kroczący pojawia się również w przypadku prowadzenia teleskopu (czy to na montażu Az/Alt, czy paralaktycznym) w sytuacji, gdy montaż nie jest dość dobrze ustawiony.

Podczas obserwacji punktu obrotu Ziemi na niebie z teleskopem bez prowadzenia, gwiazdy rotują wokół tego punktu, co sprawia, że szum kroczący pojawia się w postaci okręgów.

W ten sposób, niepożądany efekt walking noise można wykorzystać do śledzenia punktu obrotu Ziemi, Rys. 2.

Rys. 2. Walking noise jako wskaźnik punktu obrotu Ziemi na niebie. Zdjęcie po lewej ma rozmiary 24 x 24 arcmin.

Od razu pojawił się pomysł, aby spróbować zaobserwować wędrowanie tego punktu po nieboskłonie w wyniku precesji Ziemi!

Wstępne obliczenia

Do oszacowania szybkości przemieszczania się punktu obrotu Ziemi na niebie posłużę się Rysunkiem 3. Wiadomo, że precesja to proces bardzo powolny. W wyniku precesji pełen obrót (kąt alfa = 360°) oś obrotu Ziemi wykonuje w ciągu ~26 000 lat zataczając okrąg o promieniu ok. 23.5° na nieboskłonie.

Rys. 3. Oszacowanie szybkości przemieszczania się punktu obrotu Ziemi na niebie.

Z powyższego wynika, że ścieżka jaką oś pokonuje po precesyjnym okręgu wynosi 2 * pi * R = ~148°, które teraz podzielimy przez 360 stopni kąta alfa, co daje 0.411°, czyli 24.7 arcmin lub 1480 arcsec na 1° kąta alfa. Jest to ścieżka jaką pokona oś obrotu Ziemi po niebie w ciągu 72 lat (26000 lat dzielimy przez 360 stopni kąta alfa). A stąd można wyliczyć, że w ciągu roku oś obrotu Ziemi w wyniku precesji pokonuje ok. 20 arcsec. Na rysunku 3 odcinki o takiej długości naniesiono w postaci żółtych kresek - jest to więc spodziewane przesunięcie punktu osi obrotu Ziemi na niebie. 

Stąd wniosek, że powinno udać się zaobserwować wędrówkę osi obrotu!

Dane obserwacyjne

Ciąg dalszy nastąpi.